7基于MCU的自动调速跟踪电风扇.doc

编号：7校级大学生创新性实验计划项目申 报 书 项 目 名 称：基于MCU的自动调速跟踪电风扇申 请 者：汪盼所 在 院 系： 电子科学与技术学院 专 业 年 级： 07电气工程及其自动化指 导 教 师： 刘苏南 起 止 时 间： 2010-5-17 联 系 电 话：电 子 信 箱：peak_申 报 时 间：2010-5-17安徽大学教务处制表填 表 须 知一、安徽大学校级大学生创新性实验计划项目申报书要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。 二、申请参加安徽大学校级大学生创新性实验计划项目团队人数不得超过5人（1人为立项负责人，参与合作研究者1-4人为宜）。三、安徽大学校级大学生创新性实验计划项目申报书由申报学生所在学院初审，签署意见后，一式三份（均为原件），报送教务处实践教学中心。项目名称基于MCU的自动调速跟踪电风扇申请经费2700元起止时间2010-5-17负责人学号姓名年级所在院系、专业联系电话E-mail P50714101汪盼07电子科学与技术学eak_参加成员P50714045程海珍07电子科学与技术学P50714091司伟07电子科学与技术学P50714106崔广淼07电子科学与技术学P50814094李平08电子科学与技术学院13966761286786517129指导老师姓名职称所在院系联系电话 E-mail刘苏南副教授电子科学与技术学院LiuS一、项目申请理由（包括项目背景及自身具备的知识、素质、能力等研究等条件）1.培养实际动手能力，培养团队精神。作为一个优秀的团队必须有个优秀的领导者，一个优秀的硬件设计者，一个优秀的程序员，更重要的是有一个团队协作精神，每个人在一起同心才能同进。2.目前市场上的电风扇功能比较单一，而其作为一个成熟家电行业的成员，在未来一段时间内仍然将占据一定的市场份额。由于功能的单一性，造成了很多弊端。例如，环境温度的变化，人们在夜间前半夜有些热而后半夜就有些冷，有时定时完了还很热，有时在转的时候又有些冷，让人不能很好的睡眠，甚至有可能使人生病。本设计的初衷就是为了解决这种情况。在此基础上加入了报警系统、红外追踪定位系统。使风扇能够更安全的运转，当人移动到某个位置的时候，风扇能够适时的转到指定位置，使人在一定范围内都能够吹到凉爽的风。3.随着社会的发展，传统风扇的弊端已在慢慢显示出来，人们要寻求新的技术手段来满足人们的需求，作为新时代的大学生，我们希望能通过自身的努力，灵活运用学过的知识，可以在风扇改良方面能有所贡献。4.通过对创新项目的研究可以让我们把书的知识掌握的更牢固，在工作和继续深造的路上为自己增加点筹码。 5. 技术路线的可行性论证本项目主要采用单片机技术，传感器技术，可控硅技术。目前各项技术都趋于成熟，在实现上具有一定的可行性。本组成员基本都是大三学生，在学习了一定的专业知识基础上，参考一些资料，文献，加上老师的指导，通过不断努力有一定的能力解决相应的问题。项目负责人获奖情况程海珍：三等奖学金、二等奖学金汪盼：三等奖学金崔广淼：社会实践奖、文体活动奖司伟：三等奖学金李平：优秀团员奖项目所用到的一些器件如：DS18B20温度传感器、STC89C51、红外传感器等市场上都可以买到且价格不是很贵二、项目研究内容（目前研究的现状、方法、观点、难点、特点和提出的创新点等）国内外本项目的研究状况目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表和医疗器械了。随着电机技术的发展，电机调速技术也在飞快发展，并已经广泛应用于各行各业，成为一种热门的研究课题。同时目前的调速方法有：1、变极对数调速方法 2、变频调速方法 3、串级调速方法 4、绕线式电动机转子串电阻调速方法 5、定子调压调速方法 6、电磁调速电动机调速方法 7、液力耦合器调速方法 8、ABB调速电机 红外制导技术的研究始于50年代中期，而红外目标成像识别跟踪系统是70年代以来发展的一种被动式工作的准全天候系统，指在战场烟幕和强电子干扰环境下广泛用于导弹制导、警戒、目标识别与跟踪以及火控、侦察等领域。这种红外成像系统的工作较长采用35pm和814pm的中长波红外并用图像信息和高速计算机对目标进行图四信息处理后实施识别跟踪和制导。系统主要分两大类，一类是采用机械扫描成像的红外系统，也称前视红外系统；另一类是红外凝视系统，采用焦平面阵列探测器，无需光机扫描即可得到红外热图像。项目的创新点1 智能开关：风扇环境温度到达设定数值时自动关闭，而环境到达设定温度时自动开启。2 智能调速：风扇启动后，转速可以根据环境温度的变化自动调节转速。3 智能跟踪：在一定范围内风扇可以自动跟踪目标进行转动。4 自动报警：电机温度高于一定数值时产生报警。项目的难点：精度高的控制，干扰的排除三、项目进度安排（查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）研究详细内容、研究方案（研究方法、技术路线）一、设计方案本智能风扇是以STC89C51单片机作为运算和控制核心，从传感器及其它外接设备得到相应的激励，进行数据分析和处理。利用DS18B20对室内温度进行采集，实时显示环境温度。单片机通过检测的温度作出相应的处理，当温度低于设定值时，电风扇电路不通电，电风扇不能运行，当温度高于设定值时电风扇电路导通，电风扇转动，从而实现了电风扇的自动起停。电风扇启动时，当环境温度发生变化，单片机做出相应的调整来改变电机的转速实现自动调速功能。当人在一定范围内走动时，通过多个红外传感器产生不同的信号，通过单片机控制电机转动实现电扇跟着人自动转动功能。同时把温度显示在数码管上，当电机温度高于一定值时，蜂鸣器发出声音报警。电路总框图如图 下载串口STC89C51DS18B20温度采集模块红外传感器检测模块数码显示管驱动电机控制与驱动模块电机驱动模块M11M2电机温度检测模块图1 系统方框图二、硬件电路设计（1）单片机控制模块 本模块以STC89C51作为微处理器。主要实现电机转速的控制，温度数据的处理，检测人体数据的处理，环境温度的实时显示，自动报警等功能。STC89C51功能强、高速、超强抗干扰、低功耗、寿命长、价格低。外型：40个引脚，双列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP在线编程功能，内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级。图2 STC单片机结构功能图（2）温度采集电模块 这个模块我们采用的是DS18B20温度传感器。温度传感器采集到室内环境的温度后，将信号传给单片机，提供控制电扇启动和停止或电机保护的参考物理量，由单片机做出相应的处理。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625。DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。图3 温度传感器DS18B20 电路（3）电机调速模块本模块采用可控硅技术实现对电机的调速。电源接通后，温度达到设定值，单片机产生一定占空比的方波脉冲信号，使VT受触发而导通，驱动风扇电动机的运转。当温度传感器DS18B20检测到室内温度上升或降低时，单片机产生不同占空比的方波脉冲信号。温度升高时，占空比增大，VT的导通角增大，风扇电动机在单位时间内通电时间变长，运行时间延长，转速加快。反之，温度降低时，占空比减小，VT的导通角减小，风扇在单位时间内通电时间变短，运行时间缩短转速下降。电路如下图所示： 图4 可控硅调节电机转速电路（4）红外探测定位模块本模块利用多个红外传感器，在探测人辐射红外线时产生不同的信号。再由单片机对这些信号进行分析处理，带动转动电机的转动，使风扇在一定范围内追踪人的移动。三、系统程序设计框图电机温度环境温度人体检测单片机高于k有人p显示当前温度继电器开继电器关闭定位控制模块电机转动p的值q报警电机转速NNYY图5 系统程序流程图参考文献：1 王福瑞.单片微机测控系统设计大全M.北京:北京航空航天大学出版社,1998,282-283.2 温度传感器作者：Roger Allan来源：Electronic Design3 一种热释电红外线传感器的应用 作者：吴董炯 来源：上海电机学院学报4 模拟电子技术 第二版 童诗白5 数字电子技术 第四版 童诗白6 电机学 第二版 重庆大学7 单片机的原理与应用 西安电子科技大学出版社 8 中长波红外成像识别跟踪与制导技术的发展概况作者：谭宇 来源：光电子技术与信息四、拟利用资源（实验室、研究所、实验教学示范中心、创新实践基地、仪器设备）资料等）1、 电机：风扇电机、控制风扇转向电机、2、 STC89C51单片机、DS18B20温度采集传感器、红外传感器、3、 电子仪器：4位手持式数字万用表、焊接台、双路直流稳压电源等五、项目经费预算与用途（购置实验材料、试剂、药品、加工测试、资料、复印、调研、交通等经费开支）基于MCU的自动调速跟踪电风扇经费预算序号预算项目预算金额（元）备注1分析测试费2002资料打印、复印费2003文献检索费3004试剂费5其他材料、费用2000合计2700六、项目预期成果（研究论文、申请专利、工程设计、调研报告、开发软件、研制产品、项目鉴定等）技术指标1 在2530范围内可以自由设定电扇启动温度，且温度间隔t1。2当电机温度极限工作温度时，系统报警3环境温度超过设定的温度，每间隔t 2风扇的转速自动做相应的调整。4电扇跟随人转动时，偏差角度10。5环境温度低于25时风扇自动关闭。研究计划及预期成果主要研究阶段（起止时间）阶段预期成果成果形式前期2010.62010.10完成智能调速功能根据不同温度自动调速中期2010.112011.01实现追踪定位功能跟随人的运动改变转向，后期2011.022011.04整合各个模块与电风扇结合实现自动调速，追踪定位，智能报警等功能最终研究成果最终成果名称最终成果形式七、项目诚信承诺 本项目负责人和全体成员慎重承诺，该项目研究不抄袭他人成果，不弄虚作假，先诚实做人，再诚信做学问和研究，按项目研究进度